高溫構件循環(huán)黏塑性行為及本構理論

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 高溫裝備——面向現(xiàn)代高技術的挑戰(zhàn) 1
1.2 高溫構件強度涉及的基本要素 3
1.3 高溫構件循環(huán)黏塑性行為的基本特征 5
1.3.1 循環(huán)黏塑性行為及基本特征 5
1.3.2 高溫蠕變及循環(huán)黏塑性耦合的行為特征 7
1.3.3 循環(huán)變形的微觀特征及研究現(xiàn)狀 10
1.4 高溫構件循環(huán)本構模型發(fā)展簡述 14
1.5 本書的基本框架及邏輯路線 16
參考文獻 17
第2章 循環(huán)黏塑性變形的基本特征與概念 20
2.1 基本概述 20
2.2 包辛格效應 22
2.3 循環(huán)硬化/循環(huán)軟化 23
2.4 Masing效應及應變范圍效應 25
2.5 棘輪效應/平均應力松弛 26
2.6 平均應力相關的硬化行為 27
2.7 歷史記憶效應 28
2.8 循環(huán)塑性-蠕變/松弛的交互效應 29
2.9 小結 31
參考文獻 32
第3章 黏塑性循環(huán)本構的基本方程 34
3.1 引言 34
3.2 宏觀唯象循環(huán)塑性及黏塑性本構模型 35
3.2.1 主控方程 35
3.2.2 非線性隨動硬化律及其發(fā)展 37
3.2.3 時間相關的循環(huán)變形 41
3.3 基于微細觀組織演化特征的本構模型 43
3.4 小結 46
參考文獻 46
第4章 高溫構件的循環(huán)黏塑性特征及微觀機制 50
4.1 超超臨界電站典型材料的高溫疲勞試驗 50
4.1.1 X12CrMoWVNbN10-1-1汽輪機轉子鋼 51
4.1.2 P92高溫管道鋼 53
4.2 循環(huán)黏塑性分析的內(nèi)應力劃分理論 55
4.3 疲勞載荷下的循環(huán)塑性特征及微觀機制 58
4.3.1 載荷水平相關的循環(huán)軟化行為及變形特征 59
4.3.2 載荷水平對循環(huán)軟化過程中的內(nèi)應力演化的影響 63
4.3.3 載荷水平對循環(huán)軟化過程中的微觀組織演化的影響 64
4.4 載荷控制模式對循環(huán)黏塑性行為的影響及微觀機制 67
4.4.1 不同控制模式下的循環(huán)響應及內(nèi)應力演化 67
4.4.2 循環(huán)內(nèi)應力演化的微觀機制 69
4.5 循環(huán)平均應力松弛的行為特征及微觀機制 72
4.5.1 循環(huán)平均應力松弛行為的宏觀特征 72
4.5.2 循環(huán)平均應力松弛相關的內(nèi)應力演化 74
4.5.3 循環(huán)平均應力松弛相關的微觀組織演化 76
4.5.4 微觀組織與循環(huán)內(nèi)應力演化的關聯(lián) 78
4.6 高溫疲勞載荷下的蠕變效應及微觀機制 79
4.6.1 循環(huán)軟化與應力松弛交互的加速效應 80
4.6.2 循環(huán)軟化與應力松弛的交互作用的微觀機制 82
4.7 高溫疲勞中的滯彈性效應及動力學機制 85
4.7.1 循環(huán)載荷下的滯彈性回復現(xiàn)象 85
4.7.2 滯彈性回復效應的動力學機制 86
4.8 高溫疲勞過程中的棘輪-蠕變交互效應及微觀機制 88
4.8.1 棘輪-蠕變交互效應及微觀組織來源 88
4.8.2 蠕變-棘輪交互效應的微觀機制分析 94
4.9 小結 97
參考文獻 98
第5章 基于位錯演化機制的循環(huán)黏塑性本構模型 102
5.1 引言 102
5.2 不同加載模式下位錯演化動力學 103
5.2.1 不同加載模式下的循環(huán)滯后回環(huán)分析 103
5.2.2 應力疲勞中的位錯崩塌動力學 104
5.3 基于位錯演化的循環(huán)黏塑性模型 108
5.3.1 應變疲勞(或應力疲勞的F1階段) 110
5.3.2 應力疲勞(F1+F2階段) 111
5.3.3 位錯交互作用的概率性分析 113
5.4 模型參數(shù)的確定 114
5.4.1 參數(shù)標定過程 114
5.4.2 循環(huán)變形的幅值相關性 117
5.5 基于 9-12%馬氏體鋼的應用驗證 119
5.5.1 宏觀變形響應 119
5.5.2 內(nèi)應力狀態(tài)及微結構演化 121
5.6 小結 125
參考文獻 126
第6章 基于晶體塑性理論的微觀黏塑性本構模型 129
6.1 引言 129
6.2 體心立方(BCC)晶體中的滑移系 130
6.3 不均勻粗化對背應力組分的影響 134
6.4 基于晶體塑形理論的黏塑性本構模型 136
6.4.1 單晶模型 136
6.4.2 多晶模型 141
6.5 模型應用案例——9-12%馬氏體鋼 141
6.5.1 晶體塑性模型參數(shù)的標定 141
6.5.2 循環(huán)軟化的模擬 144
6.5.3 滯后回環(huán)的模擬 146
6.5.4 微觀組織演化的模擬 147
6.6 小結 148
參考文獻 149
第7章 循環(huán)平均應力松弛行為特征及黏塑性模型 151
7.1 引言 151
7.2 循環(huán)平均應力松弛行為的特征 152
7.2.1 單調(diào)變形的率相關效應 152
7.2.2 對稱應變循環(huán)條件下的軟化行為特征 152
7.2.3 非對稱條件下的平均應力松弛及循環(huán)軟化行為 154
7.3 考慮平均應力松弛的本構模型 157
7.3.1 Abdel-Karim-Ohno模型對于棘輪預測的適用性 157
7.3.2 主控方程 157
7.3.3 各向同性硬化法則 158
7.3.4 隨動硬化法則 158
7.3.5 應力松弛因子 159
7.4 模型中材料參數(shù)確定 160
7.4.1 拉伸參數(shù) 160
7.4.2 各向同性硬化模型參數(shù) 161
7.4.3 隨動硬化模型參數(shù) 162
7.4.4 應力松弛因子參數(shù) 163
7.5 對平均應力松弛再現(xiàn)能力的驗證 167
7.6 小結 171
參考文獻 171
第8章 循環(huán)軟化與應力松弛的交互效應及本構模型 173
8.1 引言 173
8.2 循環(huán)軟化與應力松弛的交互效應 174
8.3 Chaboche模型用于蠕變-疲勞交互效應的評價 178
8.3.1 主控方程 178
8.3.2 內(nèi)部變量演化準則 179
8.3.3 Chaboche模型的蠕變-疲勞模擬能力驗證 180
8.4 循環(huán)軟化和應力松弛交互效應的統(tǒng)一黏塑性本構模型 181
8.4.1 隨動硬化準則 182
8.4.2 各向同性硬化準則 183
8.5 模型參數(shù)的確定 184
8.6 模型的驗證及討論 186
8.6.1 蠕變加速循環(huán)軟化行為的模擬 186
8.6.2 循環(huán)減速應力松弛行為的模擬 187
8.6.3 疲勞與蠕變-疲勞滯回環(huán)響應的模擬 191
8.7 小結 194
參考文獻 195
第9章 棘輪與蠕變的交互效應及損傷耦合黏塑性本構模型 197
9.1 引言 197
9.2 棘輪與蠕變交互效應的宏觀響應特征 198
9.2.1 非對稱循環(huán)載荷下的棘輪效應 198
9.2.2 零平均應力下的棘輪效應 203
9.2.3 蠕變-棘輪交互效應 205
9.3 基于棘輪模擬的現(xiàn)有本構模型特征 209
9.3.1 基本方程的各向異性特征 210
9.3.2 棘輪變形行為的靜態(tài)回復和臨界值特征 210
9.3.3 循環(huán)軟/硬化行為的形狀硬化特征 211
9.4 本構模型參數(shù)的確定 213
9.5 統(tǒng)一黏塑性循環(huán)本構模型模擬能力的評估與討論 217
9.6 損傷耦合統(tǒng)一黏塑性循環(huán)本構模型 220
9.6.1 損傷耦合本構方程 221
9.6.2 各向同性損傷演化準則及改進 222
9.6.3 損傷參數(shù)的確定 224
9.7 損傷耦合本構模型的模擬結果與討論 225
9.7.1 零和非零平均應力棘輪行為的模擬 225
9.7.2 蠕變-棘輪行為的模擬 227
9.7.3 疲勞和蠕變-疲勞行為的模擬 227
9.8 小結 229
參考文獻 230
第10章 考慮高溫循環(huán)黏塑性特征的壽命預測模型 232
10.1 引言 232
10.2 高溫疲勞的拉壓不對稱特征及壽命模型 233
10.2.1 高溫疲勞中的拉壓不對稱行為 233
10.2.2 不同載荷控制模式下9-12%Cr鋼的壽命修正模型 238
10.3 非對稱加載中的滯彈性回復行為與壽命模型的修正 242
10.3.1 滯彈性回復對蠕變疲勞載荷下循環(huán)變形的影響 242
10.3.2 時間分數(shù)法修正 251
10.3.3 延性耗竭法修正 254
10.4 小結 257
參考文獻 258
主要符號說明 260